应用Adams实现夹紧机构动作的研究

摘 要：使用PRO/E软件对爬管夹紧机构进行了三维建模，在ADAMS软件中进行动力学仿真工作。这里采用ADAMS中脚本函数Adams/Solver Commands解决了夹紧机构在运行中既需要运行滑移副又需要运行转动副的问题，使ADAMS函数成为仿真工作的高效辅助工具。

关键词：ADAMS；仿真；函数

中图分类号：TH164 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）19-0017-02

引言

虚拟样机技术作为一种计算机辅助工程技术，是一种崭新的产品设计研究方法，可以用来替代物理样机进行设计和研发工作。在爬升类的机器人机构中，常常涉及到夹紧机构的设计研发工作。ADAMS软件在仿真过程中，由于夹紧机构部分既涉及到夹紧动作，又需要传送动力，增加了仿真工作的难度。而ADAMS在进行一些特殊的仿真工作时，往往只进行建模、添加约束、驱动不能够满足工作的需要，需要用传感器或者仿真脚本的函数进行辅助工作才能实现目的。本文通过使用Adams的脚本函数实现了夹紧机构的仿真工作，为它的应用和设计提供了参考。

1 爬管机器人夹紧机构的结构

爬管机器人夹紧机构简化后的结构如图1所示，其中，机器人主体结构包含了导向轮、滑块、摩擦轮、推力杆等几个零件。爬管机器人由导向轮和摩擦轮在机构夹紧之后，靠摩擦轮与管产生的摩擦力在管上滚动。两个导向轮与摩擦轮呈三角形分布，摩擦轮的轴处在滑块中，而摩擦轮与管的夹紧，靠与它相连的滑块在推力杆的作用下实现。摩擦轮的动力来源于两端的电机。

2 参数设置与仿真

2.1 添加地面

在PRO/E软件中建立机构的三维模型，分析无干涉之后将组装件保存为*.x_t文件，然后导入到ADAMS软件里。由于要进行动力学分析，因此分别赋予实体模型以相应的材料和颜色信息。重力方向为-y，仿真工作中的单位为MMKS。

夹紧机构是在竖直方向上，由于设置了重力，在仿真过程中会使得模型出现自由落体现象。因此，需要在模型的下面构建一个地面。选择setting菜单中的working grind，在打开的参数设置对话框中选择set-location以及pick。选择管的中心，选择完毕，栅格就会出现在管中心处。然后，选择setting菜单中的work grind，在参数对话框中选择set-orientation以及global xz。在俯视图视角绘制一个薄的长方体，就会成功建立一个地面。为了使地面发挥作用，模型与地面之间建立solid to solid的接触类型，这样自由落体的现象就不会出现了。

2.2 添加约束及载荷

机器人夹紧机构导入之后，依次给各个活动关节添加运动副。其中，管与地面是固定副；摩擦轮与机器人之间是旋转副；滑块与机器人之间是滑移副；推力杆设置了滑移副；导向轮与机器人之间是旋转副。涉及到接触的部分设置了接触力，推力杆设置了单向力，驱动为旋转驱动。

在模型设置完运动副及载荷之后，为了保证模型可以正常运行，需要对整体进行验证。验证结果显示，13 Gruebler Count （approximate degrees of freedom），19 Moving Parts （not including ground），6 Revolute Joints， 9 Translational Joints，4 Fixed Joints，2 Motions，13 Degrees of Freedom for .MODEL_ROBOT4。There are no redundant constraint equations.Model verified successfully。因此，此模型o过约束的问题，符合动力学仿真分析的要求。

2.3 函数设置

由于仿真的类型多变，涉及到的仿真机构复杂程度也不尽相同，因此ADAMS提供了较为丰富多样的函数。即使是一些不能用具体表达式表示的函数，也可以通过数据元素来拟合出一个函数。在ADAMS中，函数主要分为设计过程函数和运行过程函数两类。建立模型过程中使用的函数是设计函数，运行过程函数则只用于仿真计算过程。运行过程函数依赖于模型仿真过程的时间或模型在仿真过程中的状态，它在不同时刻的仿真是不一样的。ADAMS/Solver有以下几项优点：

（1）使用稳定的建模方法可以对巨大的模型进行分析。

（2）可以对以机械部件、控制系统和柔性部件组成的多域问题进行分析。

（3）支持多种分析类型，其中包括运动学、静力学、准静力学、线性或非线性动力学分析。

（4）一个自动建立并解算用于机械系统运动仿真方程的，快速、稳定的数值分析工具。

（5）提供一种用于解算复杂机械系统复杂运动的数值方法。

在ADAMS中，由于摩擦轮设置了旋转副，在滑块的作用下又要实现移动工作来实现夹紧动作，就会造成冲突，导致仿真失败。ADAMS中脚本函数Adams/Solver Commands由于可以使运动副在某段时间失效，可以使旋转动作与滑移动作在不同时间段出现，从而完成仿真工作。要求仿真过程5s，夹紧动作1s，剩余4s完成夹紧机构的爬升动作。因此，仿真时间为5s，仿真步数steps=500。在仿真时，需要选择脚本控制仿真。函数具体设置情况如图2所示，其中，ID4为仿真模型中摩擦轮的旋转副在ADAMS求解器中的标记号。仿真结果如图3所示，可以看出ADAMS很好的完成了仿真工作。

3 结束语

文章通过设置ADAMS中脚本函数Adams/Solver Commands，实现了夹紧机构在ADAMS软件中的仿真工作。可以看出，只要合理使用ADAMS中的脚本函数，就可以实现复杂机构或者复杂动作的仿真工作。在仿真中发现，这种机构会使得仿真速度变慢，在设计工作中应尽量避免。

参考文献：

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